CN110179286A - 一种支撑曲面可调整腰部靠垫 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种支撑曲面可调整的腰部靠垫，通过调整和保持支撑曲面形状，使支撑曲面贴合每个使用者的腰部曲面，为腰部提供刚性支撑，通过单独控制支撑曲面的不同区域升起或下降，模拟不同的按摩手法，对腰部进行精准按摩。
Description
技术领域
本发明涉及一种支撑曲面形状可调整的腰部靠垫。对于不同的使用者，通过调整靠垫的支撑曲面形状，使靠垫与使用者腰部紧密贴合，使腰部受力更加均匀，从而达到保持正确坐姿和减缓疲劳作用。
背景技术
目前腰靠垫分为五类：一是软性材料填充式，靠垫外套为纺织面料，内部为羽绒、碎海绵、棉花、PP棉等柔软填充物，其优点是造型多样，成本低，宜于制作，缺点是填充物材质柔软且相互结合较为松散，此类靠垫提供的支撑力不够，使腰椎受力不合理，损害身体健康；二是弹性材料造型式，靠垫用一整块弹性材料按人体腰部曲线形状制作而成，其优点是弹性材料经过压缩后，支撑曲面能够与人体腰部充分接触，能够分散腰部受力，缺点是支撑力不均匀，刚性不足，当使用者坐姿不正确时，靠垫不能对变形的腰椎进行有力支撑，不能使腰椎恢复到正确的形状，长时间使用容易腰疼和疲劳；三是刚性材料整体式，靠垫由一整块曲面造型的硬质材料构成，其优点是刚性支撑，可提供较大的支撑力。缺点是曲面造型固定，没有弹性，不能使支撑曲面完全贴合于使用者腰部，支撑力不均匀，使用感觉比较硬，易疲劳；四是刚性材料分体式，靠垫与人体腰部接触的部位为硬质材料制作成的曲面托板，托板通过弹簧或弹簧片与底板相连。其优点是有一定的支撑力和弹性，能够适应座椅椅背角度变化，缺点是曲面造型固定，对不同身高和体形的人，不能使支撑曲面完全贴合于使用者腰部，导致腰部受力不均，使用效果不好；五是电动按摩式，靠垫内部安装有电动按摩装置，通过电机带动按摩头旋转或震动作用于人体，其优点是结构简单，能满足部分人的按摩需求，缺点是，触感生硬，按摩方法简单，不能根据部位，调整按摩力度和速度进行精准按摩。
发明内容
为了实现腰靠垫支撑曲面能紧密贴合使用者腰部，并为腰部提供刚性支撑，使腰部受力均匀，纠正不良坐姿，还可按摩腰部，减少疲劳，本发明提供了一种支撑曲面可调整的腰部靠垫，通过调整和保持支撑曲面形状，使支撑曲面贴合每个使用者的腰部曲面，为腰部提供刚性支撑，通过单独控制支撑曲面的不同区域升起或下降，模拟不同的按摩手法，对腰部进行精准按摩。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：该装置由外壳、衬板、辅助支撑海绵、气动缸、位置传感器、回位弹簧、电控气阀、控制模块、正压泵、负压泵等部件组成，气动缸上有一个可以伸缩的顶杆，顶杆上安装有端帽，密集排列的端帽组成一个支撑曲面，人体压力分摊到每个顶杆上，单个顶杆受力较小，位移也较小，支撑曲面整体表现为刚性支撑，可有效支撑人体重量，同时，由于空气的可压缩性，对于突变的作用力，支撑曲面还能表现出一定的韧性，触感较好。初次使用时，先对使用者的腰部曲面进行标定，通过调整各个气动缸顶杆，使顶杆上的端帽完全贴全使用者腰部，形成一个支撑曲面。当使用者再次使用时，控制模块控制负压泵将各顶杆吸回到先前标定位置，恢复为使用者的支承曲面，避免重复标定。当使用按摩功能时，控制模块控制正压泵分区域，分时序将各顶杆以不同速度和不同程度压出，挤压人体腰部，减缓疲劳。
本发明的有益效果是，解决了靠垫曲面和使用者腰椎曲线贴合不好，腰部受力不均匀，支撑力度和弹性不足以及不能实现精准按摩的问题。通过灵活调整支撑曲面，使不同的使用者腰部都能获得足够支撑力和精准按摩。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，图1是该装置的外形图，图2是该装置主体结构图，图3是气动缸、传感器和电控气阀装配图，图4是气动缸剖面图，图5是支撑曲面与人体相互作用示意图，图中部件标注：1、辅助支撑海绵，2、衬板，3、外壳，4、控制模块，5、正压泵，6、负压泵，7、气动缸，8、顶杆，9、二级缸，10、回位弹簧，11、位置传感器，12、一级缸，13、电控气阀，14、端帽。
具体实施方式
图1为本发明所述支撑曲面可调整靠垫的一个具体实施例的立体图。整个装置的外形与普通腰靠垫基本一致，符合大众审美观念。
图2为该装置主体结构图，衬板2安装在外壳3的上面，其侧截面形状为一直角折线（见图5），该折线是拟合人体腰部曲线而得来，气动缸7安装于衬板2上面，气动缸7上的端帽14组成了一个初始曲面，初始曲面有利于减小气动缸在标定时顶杆的自由行程，给顶杆留有足够工作行程，便于同规格气动缸的使用。气动缸7与电控气阀13连接，电控气阀13有4个气路接口，分别与气动缸7、正压泵5、负压泵6和大气连通，本实施例中，每个气动缸都连接一个电控气阀13，其他情况下也可几个气动缸共用一个电控气阀，其目的是最大减少因串气相互影响的气动缸数量，尽量保证各气动缸独立工作的能力，提高控制精度并使气动缸顶杆形成稳定支撑曲面。正压泵5、负压泵6和电控气阀13的电路部分在控制模块4控制下，完成气路转换和正负压切换功能。辅助支撑海绵1安装于外壳3上面，用于填补支撑曲面所留下的空间，并与支撑曲面共同支撑人体腰部和背部，使人体受力更均匀。外壳3靠在座椅靠背上，支撑人体向后施加在靠垫上的力量。
图3是气动缸、传感器和电控气阀装配图，端帽14安装于顶杆8上面，直接接触人体，并承受人体压力，为提高舒适性，端帽14整体造型比较圆润，为圆形凸面设计。顶杆8安装在二级缸9内，并通过安装在其后端的两道橡胶密封圈与二级缸9内壁进行密封，二级缸9安装在一级缸12内，并通过安装在其后端的两道橡胶密封圈与一级缸12内壁进行密封，回位弹簧10前面抵在顶杆8上，中间穿过二级缸9，后面抵在一级缸12上。电控气阀13安装于一级缸12后面，位置传感器11安装于一级缸12、二级缸9和顶杆8的空腔内，用于测量顶杆8的位置信息。
图4是气动缸剖面图，图中，顶杆8前端封闭，后端开口，二级缸9两端开口为一中空筒，一级缸12前端开口，后端封闭，三者组合在一起形成一个单腔二级伸缩式气动缸，因为单腔设计，可以在气缸内部使用一个位置传感器就能直接获取顶杆8的位置信息，同时对减小气动缸整体尺寸和靠垫厚度十分有利。气动缸只有一个设在一级缸12底部的气路接口，该接口通过电控气阀13与正压泵、负压泵和大气连通，完成气动缸的伸缩运动。顶杆8后部设有外圆凸台，二级缸9前部设有内圆凸台，后部设有外圆凸台。一级缸12前端安装在衬板2上，衬板2相应位置开有圆孔，二级缸9由此圆孔穿过，并被衬板2限位在二级缸9的外圆凸台处，顶杆8被限位在二级缸9前部的内圆凸台处，初始状态下，两处限位使顶杆8和二级缸9在回位弹簧10的作用下，向前伸长到最大位置，并保持各部件间的连接而不脱落。
图5是支撑曲面与人体相互作用示意图，标定操作时，在控制模块4的控制下，电控气阀13打开与大气相通的气路，使用者保持正确坐姿靠在初始曲面上，在人体腰部曲面的压迫下，端帽14带动顶杆8和二级缸9下降到相应位置，回位弹簧10被压缩，缸内气体泄到大气中，所有的端帽14形成一个贴合使用者腰部曲面的支撑曲面，关闭电控气阀13后，顶杆8和二级缸9在回位弹簧14的作用下回弹，当缸内压力和弹簧压力之和与缸外压力相等时停止回弹，此时的支撑曲面形状基本不变，位置传感器11测量出顶杆8的位置信息，全部顶杆的位置信息反映了使用者腰部曲面的形状信息，并被贮存到控制模块4的存贮器中。
正常使用时，需先将初始曲面恢复至使用者的支撑曲面，即在控制模块4的控制下，电控气阀13接通连接负压泵6的气路，负压泵通过管路对气动缸7进行抽气，在负压的作用下，顶杆8和二级缸9按照之前控制模块4存贮的位置信息下降到相应位置后，电控气阀13关闭，气动缸7处于封闭状态，这时初始曲面恢复到使用者的支撑曲面，该支撑曲面形状与使用者正确坐姿时的腰部曲面完全贴合。由于顶杆8数量较多，单个顶杆受力较小，位移也较小，且各个气动缸相对独立工作，支撑曲面整体表现为刚性支撑，可有效支撑人体重量，同时，由于空气的可压缩性，对于突变的作用力，支撑曲面还能表现出一定的弹性，触感较好。当使用者坐姿错误时，腰部曲面发生变形，支撑曲面相应位置受到额外的作用力，对应部位的顶杆8进一步压缩气缸内空气，并产生足够的反作用力作用于人体腰部，使其恢复正确的坐姿。
按摩使用时，在控制模块4的控制下，电控气阀13接通连接正压泵5的气路，正压泵通过管路对气动缸7进行充气，使对应的顶杆8带动端帽14升起，挤压人体腰部，经过设定时间后，电控气阀13关闭正压气路，接通与大气相通的气路，顶杆8在人体的压力下回到原位置，缸内气体泄到大气中，完成一个按摩动作。通过控制模块4控制不同区域、不同数量的顶杆按设定的高度和时序升起并下降来模拟不同的按摩手法，对人体腰部进行精准按摩，可有效缓解腰部疲劳。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：支撑曲面为分体式结构，由多个安装于衬板上的气动缸顶杆端帽组成，每个气动缸顶杆的高度可以单独调整，使支撑曲面可以贴合每一名使用者的腰部曲面，并与辅助支撑海绵共同支撑人体腰部。
2.如权利要求1所述的腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：所述的衬板侧截面形状为一直角折线，该折线是拟合人体腰部曲线而得来，使安装于衬板上的气动缸顶杆端帽在初始工作状态下组成了一个曲面，初始曲面有利于减小气动缸在标定时顶杆的自由行程，给顶杆留有足够工作行程。
3.一种二级伸缩气动缸，由顶杆、一级缸、二级缸、回位弹簧等组成，其特征在于：顶杆前端封闭，后端开口，二级缸两端开口成一中空筒，一级缸前端开口，后端封闭，三者组合在一起形成一个单腔二级伸缩式气动缸，气动缸只在一级缸底部设有一个气路接口，通过该气路接口与正压、负压气源连接，完成气动缸的伸缩运动。
4.如权利要求3所述的二级伸缩气动缸，其特征在于：顶杆安装在二级缸内，并通过安装在其后端的两道橡胶密封圈与二级缸内壁进行密封，二级缸安装在一级缸内，并通过安装在其后端的两道橡胶密封圈与一级缸内壁进行密封，顶杆后部外圆凸台和二级缸前部的内圆凸台相互限位，二级缸后部的外圆凸台和安装于一级缸前端的衬板相互限位，初始状态下，两处限位使顶杆和二级缸在回位弹簧的作用下，能充分伸展并保持各部件的连接。
5.如权利要求1所述的腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：为保证各气动缸独立工作的能力，提高控制精度并使气动缸顶杆端帽形成稳定支撑曲面，1至4个气动缸共用1个电控气阀。
6.如权利要求1所述的腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：在每个气动缸内部安装有位置传感器，用来测量气动缸顶杆的位置信息，并将位置信息贮存到控制模块中。
7.如权利要求1所述的腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：靠垫工作过程需要正压、负压两个气源，需设置两个气泵分别提供正压和负压或者设置一个能提供正负压的气泵。
8.如权利要求1所述的腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：支撑曲面是由气动缸顶杆被动获得的，即使用者保持正确坐姿靠在初始曲面上，打开气动缸放气口，由人体腰部曲面推动顶杆而形成的支撑曲面，在关闭气动缸放气口后，支撑曲面基本保持不变，由于人体压力被分散到各个顶杆上的力较小，整个支撑曲面表现为刚性支撑，对于突变的作用力，支撑曲面还能表现出一定的弹性。
9.如权利要求8所述的腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：使用者再次使用靠垫时，不需要再次标定，通过打开气动缸负压气路，在负压的作用下，各气动缸顶杆按照存贮在控制模块中的位置信息移动到相应位置，恢复为该使用者的支撑曲面。
10.如权利要求8所述的腰部支撑曲面可调整靠垫，其特征在于：按摩使用时，通过正压气路控制支撑曲面上不同区域、不同数量的顶杆，按设定的高度和时序升起挤压人体腰部，模拟不同的按摩手法，对人体腰部进行精准按摩。
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